沙芜龙地电站枢纽布置设计

清流县沙芜乡龙地水电站枢纽布置及主要建筑物设计清流县水利工作站罗远平摘要：清流县沙芜乡龙地水电站水源是清流九龙溪河上的一条极小支流—洋利溪，水电站尾水最终汇入永安市的安砂水库，电站上游为天然的小河道，下游是沙芜乡的另一个小水电站—沙芜洞口电站，该水资源通过二级开发，使水资源得到了充分合理利用。

沙芜龙地和洞口水电站都是典型的径流开发引水式小型水电站。

本文简要阐述了沙芜龙地水电站的枢纽布置、方案选择及主要建筑物设计。

关键词：小型水电站引水式水电站枢纽布置水工建筑物１、工程概况清流县沙芜乡龙地水电站位于福建省清流县龙津河下游，水源是九龙溪细小支流—洋利溪，电站座落于清流县重点旅游景点沙芜乡洞口村境内，是洋利溪梯级开发的第一级水电站，属典型的中高水头径流开发引水式小型水电站。

工程枢纽主要由渠首枢纽、输水渠道、前池、高压管道、发电厂房、尾水渠、升压站和附属建筑物组成。

引水渠道总长2.57km，压力管总长238.08m，电站装机容量２×250kw，设计水头127ｍ，单机最大过流量0.237ｍ３/ｓ。

设计多年平均发电量188万kw·ｈ，年利用小时数3760ｈ。

电站出线接至10kv洞口电站与罗口煤矿35kv线并网，输电线路长度为1300ｍ。

洋利溪是九龙溪的一条支流，下游建有洋利溪二级水电站洞口水电站，该水电站装机容量２×200kw，坝址控制流域面积29.6km2，是径流开发引水式水电站。

洋利溪流域内雨量充沛，多年平均降雨量1661ｍｍ，多年平均径流深950mm，多年平均流量0.69m3/s，设计保证流量(p=70%)0.29m3/s，设计洪峰流量(p=3.3%)144.6m3/s，校核洪峰流量(p=0.5%)203.2m3/s。

多年平均气温17.9℃，极端最高气温39.4℃，极端最低气温－7.9℃，年平均风速1.4m/s，无霜期298.5天，本流域洋利溪的多年平均降水量是根据清流县平均降水量等值线图及有关资料分析综合推算求得，而本流域内植被良好，河道中水质清澈，泥、砂、悬移质、推移质均较少。

本工程设计为五等工程，由于工程较小，未经过地质钻探，从现场踏勘，工程区域内地质条件简单，坝址处出露基岩为奥陶系上统於潜组页岩和砂岩，河床处由于河道坡降大，几乎没有砂砾石覆盖层，最厚处仅有0.5ｍ，引水渠沿线大部分为岩石段，岩性为砂岩，小部分为坚土，前池及压力管道地处山坡，表面覆盖层厚0.5-2ｍ，底层为砂岩基础，厂房、升压站台地覆盖层较厚，开挖深度达5m。

２、枢纽布置及方案选择２.１坝址选择洋利溪龙地水电站是洋利溪二级洞口水电站的上一个梯级电站，由于河道坡降较大、河谷狭窄，不适宜建造调节型水库，只能建成一般类型的拦河取水坝，坝址选择的原则为：１）不会影响流域内农田、人饮、工业、电站等用水户取水；２）满足进水闸和溢流堰的布置要求；３）不淹没耕地和房屋和尽量避免林木淹没和砍伐；４）尽量使材料运输、交通相对便利；5）使大坝、渠首枢纽工程造价最低。

根据地形地质条件，坝址选定在洋利溪原洞口村农田灌溉取水老水陂处，该段河床宽仅12m，坝址地形地质非常理想，岩石裸露，河谷狭窄，两岸坝肩岩性完整，坝型采用浆砌石溢流坝。

２.２厂址选择厂址位于距洞口电站原取水坝大约300m处，考虑到下游洞口电站取水，电站尾水应排入该电站引水渠道中。

设计中厂址方案有两个，一个是距洞口电站取水坝约50m的上厂址方案和目前的下厂址方案，对两个方案进行比选，上厂址方案可减少引水渠道400m，水头增加0.4m，压力管道较短，但压力管道须经过农田和原始生态林，且压力前池溢流水没有理想山涧泄流，下厂址方案与上厂址方案相比，水头减少0.4ｍ，压力管道较长，管线林木为人工林，压力前池溢流泄水条件较好有天然的山涧，而且增加的400m渠道中有300m是原农田灌溉的老渠道，渠道工程量增加不会太多，田间渠道经过防渗处理后，还可改善当地村民农田灌溉条件。

经过方案比选，选用下厂址方案，该方案经经济评价分析，其财务各项指标均较好。

２.３输水渠道和压力前池方案选择本工程初期勘测时，输水渠道方案也有两个，一个是从现农田灌溉入田渠道开始按千分之一的坡降向上游延伸，直至与洋利溪相接，该方案渠道全长1.8km，除田间300m外，全部是新开明渠，且渠道沿线除渠尾800m外，其余地段山势陡峭，林木全为原始生态林，另一个方案是利用现农田灌溉渠道，该渠道全长2.47km，全部为明渠，渠尾再新开挖100m渠道到压力前池，这样渠道总长为2.57km，从工程造价、施工难易程度、日常维护工作、占用林地等各方面综合考虑，采用第二个方案。

而压力前池只能根据实际地形布置在山脊上,与压力管道轴线呈正交，采取全埋式结构。

2．4 进厂公路和管理房本工程进厂公路是利用沙芜乡政府到龙地村的林业公路，经过洞口电站厂房与洞口电站引水渠交接后，沿洞口电站引水渠平台240ｍ到达厂区，由于洞口电站引水渠道外平台很小，地势高耸，这段渠道只能向渠道内侧拓宽，原渠道向内“挪动”，外平台达4.5ｍ，作为永久进厂公路，电站管理房布置在离厂房28米的洞口电站引水渠道内侧，采用双层砖混结构，底层为办公室材料库和食堂，二层为职工宿舍，总面积为200平方米。

３、主要建筑物３.１渠首枢纽渠首枢纽由拦河坝、进水闸和沉沙池组成。

拦河坝为直线型浆砌块石实用堰，采用全断面溢流，坝长12.0ｍ，堰顶高程485.75ｍ，最大堰高2.8ｍ，堰顶宽1.5ｍ，上游面垂直，下游面坡度1∶2。

堰体采用Ｍ7.5浆砌块石砌筑，外包30ｃｍ厚Ｃ20混凝土。

由于上下游水位差小，溢流坝仅设置4ｍ长的浆砌块石护坦来消能，坝体防渗采用混凝土防渗墙，坝体底部埋设直径0.4ｍ铸铁涵管作为排砂管。

进水闸位于洋利溪的右岸，采用侧向引水主式，引水角15°。

设置1孔宽2ｍ的闸孔，闸底板高程482.95ｍ，后接输水渠道。

进水闸为平板式结构，闸室长4.5ｍ，设1道拦污栅和1扇铸铁工作闸门，手动螺杆启闭机启闭，启闭机平台高程485.65ｍ。

由于河道中泥沙很少，渠首枢纽设置简易排沙设施，进水闸前设置一道拦沙坎，拦沙坎前考虑人工定期清沙，进水闸后设置沉沙池，池长10m，受地形限制池宽与输水渠相同，侧向设置排沙闸，沙排入取水坝下游。

３.２输水渠道进水闸至前池之间为输水渠道，长2560ｍ，由于该渠道建成时间早，加上渠道沿线地势陡峭，原灌溉渠道坡降极不规则，该渠道平均坡降达10‰，最小为1‰，最大达30‰。

沿线大部分是石方段，渠道高度、厚度不均匀，根据地形条件及施工要求，渠道过水能力(包括农田灌溉用水)0.6m3/s,采用M7.5浆砌石矩形断面b╳h=1.1╳0.9m，C15砼铺底0.1m，水泥砂浆抹面防渗，内堤等厚0.3m，外堤顶宽0.4m，外坡1:0.3，渠道净高1.1m，在坡降较大地段内堤采用0.2m砼，外堤顶厚0.6m(其中0.2m砼)，堤高0.7m。

渠道经过两处山沟，渠道基础采用砌石基础，渠面现浇0.1mC15钢筋砼盖板，采用渠顶溢流，因渠道较长，其间设置两处沉砂池和溢流堰，沉砂池长10m，超挖深0.5m，溢流堰长6m渠底以上堰高0.6m，田间渠道外堤宽度3.0m，为保证农田灌溉在原渠道各放水口处预埋放水镀锌管，外安装闸阀，在主要人行要道设置钢筋砼盖板，田间渠尾至压力前池100m为盘山渠道，由于山坡地质较差，砌石断面应适当加大，采用全挖方浆砌石矩形断面，内外堤厚均为0.4m，外堤堤厚2.0m，M10水泥砂浆抹面防渗，C20砼铺底厚0.1ｍ。

３.３压力前池及压力管道前池布置在厂房上游的山坡上，由于材料运输比较困难，前池开挖处大孤石含量多，最后采用M7.5浆砌石边墙外包0.15m砼防渗结构，C20砼铺底厚0.2ｍ，总长26ｍ。

正常运行水位(溢流堰顶)457.25ｍ，最低运行水位454.74ｍ，前池工作容积600ｍ３，边墙顶高程457.75ｍ，压力管进水口前设拦污栅、通气孔和事故钢闸门配手摇式螺杆启闭机，前池溢流堰与渠道来水方向正交，溢流堰长8ｍ，溢流排水道结构与输水渠道相同，长80m，出水口处为天然山谷，地质非常好，岩石裸露。

压力钢管布置在山坡中开挖出的管槽内，全长238.08ｍ。

因设计引用流量不大，压力钢管采用一管二机的供水方式，在厂房外45°丫形分岔成两支管。

选定主管管径0.6ｍ，钢板壁厚8ｍｍ，支管与蝶阀同直径，管径0.4ｍ，钢板壁厚8ｍｍ。

前池至一号镇墩钢板壁厚6ｍｍ，另用直径8ｍｍ钢筋间矩2m焊在管壁上作为钢性环。

压力钢管在桩号管0＋75、0＋148、0＋198、0+238.08处设置镇墩，其中前池至桩号管0+148为直线段，与压力前池轴线成垂交，桩号管0＋148处镇墩为空间转角镇墩，桩号管0＋148至0+238.08又为直线段，镇墩采用埋石砼结构，内焊止推环和加固粘结筋，底部埋设锚筋，除0+238.08处镇墩外，前池压力墙及每个镇墩后设1个伸缩节每6m 增设支墩，支墩采用现浇C15砼，三层沥清油毛毡垫管。

钢管槽底宽2.6ｍ，左侧布置踏步，以便于压力钢管的日常维护，右侧布置排水沟，在基础地质较差处砌筑挡土墙和管底护面。

３.４发电厂房发电厂房位于沙芜乡龙地村山麓下，厂房基础全部座落在基岩上，距洞口电站取水坝300ｍ的洞口电站引水渠右侧，根据机电设备的布置，采用地面式厂房。

厂房内布置2台卧式水轮发电机组，水轮机型号为XJ02-W-40/1╳8，配套二台SF200-6/740型发电机，机组轴线与厂房纵轴线平行纵向顺河排列，机组间距5ｍ，上游侧布置蝴蝶阀，下游左侧布置控制保护屏。

发电机层地面高程329.6ｍ，水轮机安装高程330.25ｍ，由于厂房地势狭窄,且发电机和水轮机组的外形尺寸和可拆部件重量较小，单个部件最大重不到2吨，为节省工程投资可不必设置安装间和行车，同时为便于设备的安装和检修，厂房内预备１台５ｔ的手动葫芦，在屋面大梁下预埋挂钩。

厂房采用钢筋混凝土排架结构，24砖墙围护，长14.4ｍ，宽8.7ｍ，高8.2ｍ，又由于厂房右侧离前池溢流水沟太近，厂房右侧墙采用砼防渗墙，墙高2.0ｍ，厂房主变场设在厂房纵向上游侧，为台墩式变台，变压器台安装高出地面1.5ｍ，四周设置防护拦栅。

３.５尾水渠从机组出来的发电尾水通过尾水渠排入洞口电站引水渠中，尾水渠长10ｍ。

尾水渠断面为底宽1.5ｍ净高1.8ｍ的矩形断面，边墙采用M7.5浆砌块石挡墙结构，M10水泥砂浆抹面，底板采用Ｃ20混凝土浇筑，厚0.15ｍ，尾水底板高程与洞口电站引水渠底相同，在尾水渠中设置两道木闸门槽，必要时在木闸门中间填土进行防渗以利机组检修。

结束语：清流县沙芜乡龙地电站于1998年8月开工，次年5月正式投产发电，从这几年来电站运行情况来看，来水量充足时，两台机组出力可达580 kw，超过设计16%，目前，该电站年平均发电量达175万度，基本达到设计要求，电站运行基本正常，在我县诸多径流开发式水电站中，各项指标都是较好的。